在 C 中使用 AES-256 和 openssl 计算 CBC-MAC

Question

我想用 openssl 计算给定明文的 CBC-MAC。我有以下明文（hexdump）：

hexdump -C example.txt
00000000  4d 41 43 73 20 61 72 65  20 76 65 72 79 20 75 73  |MACs are very us|
00000010  65 66 75 6c 20 69 6e 20  63 72 79 70 74 6f 67 72  |eful in cryptogr|
00000020  61 70 68 79 21 20 20 20  20 20 20 20 20 20 20 20  |aphy!           |

如果我使用 openssl 的命令行功能，我会得到以下解决方案：

openssl aes-256-cbc -in example.txt -K 8000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 -e -iv 00 | hexdump -C
00000000  e8 e9 a4 ce 5d 20 c4 ad  f5 52 b2 c6 38 2e 12 4e  |....] ...R..8..N|
00000010  20 f5 63 65 b4 b3 96 9f  ad 8d ca e4 e8 34 2a e5  | .ce.........4*.|
00000020  0d 82 0e 3a 1e 10 5d 30  72 16 fc 00 c7 a5 b4 49  |...:..]0r......I|
00000030  f5 63 9f 85 ff e3 a4 a4  23 6e 6f 09 20 ed b1 ae  |.c......#no. ...|

到目前为止一切顺利。我有一个额外的块，因为第一个块应该是加密的 IV。现在最后一行应该是我的 CBC-MAC，如果我理解正确的话。接下来我尝试在 C 中做同样的事情，这里是示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/sha.h>
#include <openssl/aes.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    unsigned char obuf[64] = {0};
    unsigned char decbuf[48] = {0};
    unsigned char msg1[] = {0x4d, 0x41, 0x43, 0x73, 0x20, 0x61, 0x72, 0x65, 0x20, 0x76, 0x65, 0x72, 0x79, 0x20, 0x75, 0x73,
                            0x65, 0x66, 0x75, 0x6c, 0x20, 0x69, 0x6e, 0x20, 0x63, 0x72, 0x79, 0x70, 0x74, 0x6f, 0x67, 0x72, 
                            0x61, 0x70, 0x68, 0x79, 0x21, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20, 0x20};
    unsigned char key[] =  {0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 
                            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01};
    unsigned char ivenc[] ={0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
    unsigned char ivdec[] ={0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
    int i=0;

    AES_KEY enc_key, dec_key;
    AES_set_encrypt_key(key, 256, &enc_key);
    AES_cbc_encrypt(msg1, obuf, 48, &enc_key, ivenc, AES_ENCRYPT);

    for (i = 0; i < 64; i++) {
        if (!(i%16))
            printf("\n");
        printf("%02x ", obuf[i]);
    }
    printf("\n");

    AES_set_decrypt_key(key, 256, &dec_key);
    AES_cbc_encrypt(obuf, decbuf, 64, &dec_key, ivdec, AES_DECRYPT);

    for (i = 0; i < 48; i++) {
        if (!(i%16))
            printf("\n");
        printf("%02x ", decbuf[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

我随后解密加密的消息以验证我的代码。我的代码输出非常令人惊讶：

e8 e9 a4 ce 5d 20 c4 ad f5 52 b2 c6 38 2e 12 4e 
20 f5 63 65 b4 b3 96 9f ad 8d ca e4 e8 34 2a e5 
0d 82 0e 3a 1e 10 5d 30 72 16 fc 00 c7 a5 b4 49 
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 

4d 41 43 73 20 61 72 65 20 76 65 72 79 20 75 73 
65 66 75 6c 20 69 6e 20 63 72 79 70 74 6f 67 72 
61 70 68 79 21 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 

加密后的信息和命令行输出完全一样，除了最后一行全是0。我以为第一行是加密后的IV，后面三行是加密后的信息，所以以我的解释最后消息行未加密。但令我惊讶的是，解密结果与我用作输入的文本完全一致，因此似乎没有丢失信息。

问题：

• 我怎么可能解密我的加密输出，即使我没有最后一行？
• 什么是我的 CBC-MAC？它是我的命令行输出的最后一行还是我的 C 代码输出的最后一行？
• 我的 C 代码有问题吗？我使用this so question 作为帮助。

Answer 1

你的错误在这里：

我有一个额外的块，因为第一个块应该是加密的 IV。

额外的块是因为 OpenSSL 在纯文本中添加了填充，因此它是块大小的倍数（AES 为 16 字节）。在这种情况下，纯文本已经是 16 字节的倍数，但使用的填充方案 (PKCS7)总是添加了填充，因此这里在加密之前添加了整个块。

通常将 IV 添加到密文的前面，但这不是这里发生的事情。

为了从您的代码中获得相同的结果，您需要自己添加此填充。在这种情况下它相当简单，只需在msg1 的末尾添加16 个0x10 字节（因此其总长度为64），并将48 调用中的AES_cbc_encrypt 更改为64。您看到的零只是您将 obuf 初始化为的值，因为您只将 48 个字节写入此缓冲区。